平板電源特點(diǎn)和維修與關(guān)鍵件替換方法

平板電源種類繁多，使用器件型號(hào)也多，故障發(fā)生概率也高，在平板電視中，電源引起的故障占了電視故障的絕大部分。平板電源種類雖多，但其中的很多電路(如振蕩、穩(wěn)壓及過壓、過流檢測等)與CRT開關(guān)電源工作原理是相同的。相比之下，差異較大的是部分電路多了各種各樣的有源PFC電路、各種結(jié)構(gòu)的整流濾波電路。平板電源之所以有很多類型，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)選擇了不同的電路拓?fù)浣M合方式，不同的芯片與不同的電路匹配便組成了各種開關(guān)電源。這些拓?fù)潆娐酚蠦OOST升壓式DC-DC轉(zhuǎn)換電路LLC諧振半橋拓?fù)潆娐?、推挽拓?fù)洹霕蛲負(fù)?、全橋拓?fù)洹⒎醇ぷ儞Q器等等。

我們只要掌握了這些拓?fù)潆娐返奶攸c(diǎn)及工作過程，也就基本上掌握了所有平板電視開關(guān)電源的工作原理和維修。從本期開始，我們將介紹平板常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源的工作特點(diǎn)、維修和器件替換等內(nèi)容，供維修人員參考。

平板電源常被分成單電源、二合一電源兩類。單電源指僅提供主板、背燈模組(驅(qū)動(dòng))工作電壓的開關(guān)電源，此類電源常由副電源(產(chǎn)生控制系統(tǒng)工作需要的5VSTB電壓)、PFC校正電路(將傳統(tǒng)全橋整流形成的300V直流電壓提升到380V)、主電源(產(chǎn)生供主板和背光電路所需的電壓)三部分電路組成。二合一電源是在原單電源電路的基礎(chǔ)上增加了背光燈驅(qū)動(dòng)電路。
一、開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一:BOOST升壓式DC-DC轉(zhuǎn)換電路
1.電路結(jié)構(gòu)
見圖1，BOOST升壓式DC-DC轉(zhuǎn)換電路的最大特點(diǎn)是:輸出電壓永遠(yuǎn)比輸入電壓高，輸入與輸出端共用一個(gè)“地”。

2.工作過程
當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，電流IL流過電感線圈L，電流IL線性增加，電能以磁能的形式儲(chǔ)存在電感線圈中。而當(dāng)開關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，線圈中的磁能將改變線圈L兩端電壓V的極性，以保證電流L，不突變。這樣，線圈L轉(zhuǎn)化的電壓VL與電源Vin串聯(lián)并以高于輸出的電壓向電容Cour和負(fù)載供電。
電路中設(shè)計(jì)二極管D1的目的是給大電容進(jìn)行預(yù)充電，具有抗浪涌沖擊功能，故D1用來保護(hù)PFC升壓二極管D。該二極管的選擇與大電容的大小、交流輸入電壓的高低以及交流輸入回路阻抗有關(guān)，常用的二極管為1N5408。1N5408的IFSM為200A，在大功率電源中，為了增加電源的可靠性，可用兩只1N5408串聯(lián)使用。
3.電路應(yīng)用
BOOST升壓式DC-DC轉(zhuǎn)換電路通常應(yīng)用于開關(guān)電源的PFC校正電路中。開關(guān)電源為何要加PFC電路呢?這是節(jié)能的需要。國家有強(qiáng)制要求:“整機(jī)額定功率75W及以下的設(shè)備不做諧波電流限制;額定功率大于75W的設(shè)備，需對諧波進(jìn)行限制，電路必須設(shè)置PFC電路”。PFC電路結(jié)構(gòu)有DCM(非連續(xù)導(dǎo)通模式，在斷續(xù)模式的變換器中，電感電流在周期的某些時(shí)刻電流為零)、CCM(連續(xù)導(dǎo)通模式，在周期的任何時(shí)刻電感都應(yīng)當(dāng)有電流流過)和交錯(cuò)模式三種。當(dāng)輸入功率在250W以下時(shí)，PFC采用DCM電路結(jié)構(gòu);當(dāng)輸入功率在250W以上時(shí)選用cCM結(jié)構(gòu);當(dāng)電路需要重點(diǎn)考慮排版及尺寸大小時(shí)，則采用交錯(cuò)模式。
下面兩個(gè)電路為BOOST升壓式DC-DC轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際應(yīng)用電路。
圖2是創(chuàng)維32英寸~37英寸液晶電視所配電源168P-P37TLU-00的PFC校正電路，電路中的D1在這里被取消。

圖3是長虹電源R-HS210-4N02中的PFC校正電路的維修圖解。該P(yáng)FC電路控制芯片采用安森美芯片NCP1606。維修提示:PFC穩(wěn)壓檢測取樣電阻R22~R20易出現(xiàn)接觸電阻漏電，導(dǎo)致390V電壓下降到370V左右，引起整機(jī)出現(xiàn)“開機(jī)又關(guān)機(jī)或光柵不穩(wěn)定或自動(dòng)停機(jī)”等故障。

知識(shí)鏈接：PFC校正電路的控制芯片有多種型號(hào)，芯片的選用因整機(jī)輸出功率的不同而不同。如長虹平板開關(guān)電源中的PFC電路，在電路輸出功率<250W時(shí)，通常選用ON Semiconductor公司生產(chǎn)的NCP1606BDR2G、NCP1607BDR2G和INFINEON 公司生產(chǎn)的TDA4863-2G;當(dāng)電路輸出功率二250W時(shí)，則使用ON Semiconductor公司的NCP1653A或INFINEON公司的ICE2PCS02。超薄電源常采用瑞薩的R2A20112和SANKEN的SSC2101S。上述器件中，引腳功能、工作電壓和振蕩頻率相同的芯片可以互換。表1是PFC電路中常用的控制芯片型號(hào)。

PFC電路中的預(yù)充電二極管、升壓二極管替換注意事項(xiàng):預(yù)充電二極管D1可用BY254和1N5408、1N5406替換。DCM(非連續(xù)導(dǎo)通)模式下，且PFC部分輸出功率< 120W時(shí)，升壓二極管D可用MUR460代換;120W＜PFC部分輸出功率＜180W時(shí)，可用MURF550代換;PFC輸出功率子180W時(shí)，可用MUDF860/FMY-1106S代換。CCM(連續(xù))模式下，輸出功率大于250W時(shí)，升壓二極管可用BYC10X-600/FMXA1106S代換;交錯(cuò)模式下，D1可以用兩只MUR460或一只FFPF20UP60DNTU代換。
MOSFET管的選擇替換:MOSFET有P溝道和N溝道。我們常見電源中使用的開關(guān)管或功率管都是N溝道的，這是為何?這是因?yàn)樵谳^大功率環(huán)境中，在具有相同電流和電壓定額時(shí)P溝道管子導(dǎo)通電阻比N溝道大，且開關(guān)速度也比N溝道慢。N溝道MOSFET管的工作特點(diǎn)是:只要在柵極和源極之間加一定正電壓(N溝道)就能導(dǎo)通。
平板電源中，MOSFET管常作開關(guān)使用，選擇時(shí)依照在同參數(shù)情況下，RDS(ON)(漏源導(dǎo)通電阻)和結(jié)電容小的較好。兩管并聯(lián)使用時(shí)，還要考慮驅(qū)動(dòng)能力、溫升等參數(shù)。在PFC、LLC、高壓逆變器使用時(shí)盡量向9A/500V和13A/500V的規(guī)格靠攏，常見的使用型號(hào)有TK8A50D/FQPF9N50C，TK12A50/FQPF13N50C.路為，反激變換器時(shí)，PFC電路中通常使用FQPF7N80C。
二、開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之二:反激式變壓器反激變壓器
能完成能量傳輸，使輸入功率等于輸出功率，在開關(guān)電源中應(yīng)用較廣。此類電路中的功率變換器T1有雙重作用:在-個(gè)開關(guān)周期內(nèi)具有電感和變壓器的雙身份功能。在開關(guān)導(dǎo)通期間，反激式變壓器初級(jí)的作用像一個(gè)電感，開關(guān)管Q導(dǎo)通后，輸入電壓加在變壓器初級(jí)，有逐漸增加的電流通過，此時(shí)能量存儲(chǔ)在初級(jí)電感Np中，極性為上正下負(fù);當(dāng)開關(guān)管Q截止時(shí)，通過電流為0A，由于初級(jí)電感能量不能突變，變壓器初級(jí)電勢極性反轉(zhuǎn)，極性為上負(fù)下正，并通過T1次級(jí)使二極管D1導(dǎo)通，電感能量轉(zhuǎn)為電場能量向負(fù)載放電和向電容充電，這樣能量從初級(jí)傳遞到次級(jí)并提供給負(fù)載。顯然，此時(shí)反激式變壓器起變壓器作用，就這樣在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，既作為電感，又作為變壓器，見圖4。

反激式變，壓器在長虹晶辰電源JC128S-3MF01上的應(yīng)用電路圖見圖5。

開關(guān)電源次級(jí)整流二極管替換說明:次級(jí)整流二極管主要使用的是肖特基和超快恢復(fù)二極管，均要求使用TO-220塑封的產(chǎn)品，主要規(guī)格如下:肖特基二極管為10A/100V、20A/100V、10A/150V、20A/150V、20A/60V，超快恢復(fù)二極管為10A/200V、20A/200V。

三、LLC拓?fù)潆娐?br />

1.LLC振蕩電路結(jié)構(gòu)組成

圖5是一種單諧振電容結(jié)構(gòu)的LLC諧振電路。LC振蕩電路由振蕩電容Cr、原邊Ip、漏磁電感Lr、激磁電感Lm和兩個(gè)MOSFET管和副邊兩只半橋整流二極管組成。其中，CrLr和Im這三個(gè)元件因負(fù)載變化組成的振蕩網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè):一個(gè)是由Cr與Lr組成的振蕩網(wǎng)絡(luò)，此振蕩網(wǎng)絡(luò)的振蕩頻率與負(fù)載無關(guān);另一-個(gè)是由Cr與Lm和Lr組成的振蕩網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)振蕩頻率與負(fù)載的輕重有關(guān)，通常負(fù)載越重，電路的諧振頻率越高。

單諧振電路結(jié)構(gòu)的LIC諧振電路其實(shí)就是LRC串聯(lián)振蕩電路，其原理是:將變壓器的次級(jí)和負(fù)載折合回初級(jí)回路，次級(jí)相當(dāng)于LRC串聯(lián)諧振變流器的子負(fù)載，故LLC轉(zhuǎn)換器的工作頻率與負(fù)載的功率需求有關(guān)。功率需求較高時(shí)，工作頻率高;反之，控制環(huán)路會(huì)降低開關(guān)頻率。若以fr表示LLC轉(zhuǎn)換器的振蕩頻率，則可通過參數(shù)選擇使其工作在五種振蕩狀態(tài):一是振蕩在f1以下;二是直接諧振在fr1;三是高于fr1;四是振蕩在fr2;五是在fr2之上振蕩。LLC諧振電路的振蕩頻率計(jì)算公式如下:

半橋LLC振蕩拓?fù)潆娐芬笃銵LC諧振網(wǎng)絡(luò)振蕩頻率高于fr2，電路阻抗呈感性，原邊所有電路等效為一只電感，從而實(shí)現(xiàn)原邊兩只主MOS開關(guān)管零電壓導(dǎo)通(ZVS )和副邊整流2極管零電流關(guān)斷(ZCS)。采用這樣的開關(guān)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了初次級(jí)損耗最小，故它是一種具有高性價(jià)比、高能效和EMI性能優(yōu)異的開關(guān)電源電路。
2.LLC諧振電路工作過程
在(t1，t2)區(qū)間，t=t1時(shí)，S2關(guān)斷，諧振電流給S1的極間電容放電，直到S1的DS極上電壓為零，這時(shí)S1的體二極管導(dǎo)通(SD極間)，此階段也使整流管D1導(dǎo)通，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位。諧振電路的振蕩元件由Lm和Cr參與，振蕩網(wǎng)絡(luò)處于感性狀態(tài)，方便實(shí)現(xiàn)MOSFET管ZvS導(dǎo)通。
在(2，t3)區(qū)間，t=t2時(shí)，s1在零電壓(zVS )的條件下導(dǎo)通，此時(shí)電源通過S1.Lp、Cr給變壓器原邊Ip供電，Ip承受正向電壓;D1繼續(xù)導(dǎo)通，S2及D2截止，此時(shí)Lr和Cr參與諧振，而Im不參與諧振。
在(t3，t4 )死區(qū)這段，t=t3時(shí)，S1仍然導(dǎo)通，而D1與D2處于關(guān)斷狀態(tài)，相當(dāng)于副邊空載反射到初級(jí)的R為無窮大，此時(shí)流過諧振電路的電流只有激磁電流，故Tr副邊與電路脫開，此時(shí)Lm、Lr和Cr一起參與諧振。實(shí)際電路中，Lm大于Lr，因此在這個(gè)階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
在(t4，t5 )期間，t=t4時(shí)，S1關(guān)斷，諧振電流給S2的極間電容放電，直到S2上的電壓為零，然后S2的體二極管導(dǎo)通。此階段D2導(dǎo)通，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，因此只有Lr和Cr參與諧振。
在(t5，t6 )期間，當(dāng)t=t5時(shí)，S2在零電壓的條件下導(dǎo)通，Tr原邊承受反向電壓，D2繼續(xù)導(dǎo)通，而S1和D1截止，此時(shí)僅Cr和Lr參與諧振，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，不參與諧振。
在(t6，t7)期間，當(dāng)t=t6時(shí)，S2仍然導(dǎo)通，而D1和D2處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr副邊與電路脫開，此時(shí)Lm、Lr和Cr一起參與諧振。實(shí)際電路中Lm大于Lr，因此在這個(gè)階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。

以上是半橋LLC振蕩開關(guān)電源基本工作過程的介紹，整個(gè)電路的工作過程可用圖6來表示。

LLC諧振網(wǎng)絡(luò)需要兩個(gè)磁性元件Lr和Lm。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到高頻變壓器實(shí)際結(jié)構(gòu)，通常把磁性元件Lm和Lp集成在-個(gè)變壓器內(nèi)，且利用變壓器的漏感作為Lr，利用變壓器的磁化電感作為Lmo這樣一來，可以大大減少磁性元件數(shù)目。

3.LLC拓?fù)潆娐穼?shí)際應(yīng)用

圖7是采用NCP1395與NCP5181芯片組在電源組件HS210-4N02中做主電源振蕩控制塊時(shí)的電路圖。

圖7中，U4產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)LLC振蕩電路工作的驅(qū)動(dòng)脈沖，包括死區(qū)轉(zhuǎn)換時(shí)間設(shè)定，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管ZVS開關(guān)轉(zhuǎn)換。U4的①、②腳用于設(shè)置驅(qū)動(dòng)脈沖工作最小與最大頻率，③腳設(shè)置死區(qū)時(shí)間。U4的啟動(dòng)需要12腳提供VCC1供電，同時(shí)還要檢測⑦腳接入的PFC電壓。PFC電壓經(jīng)R93、R11、R35與R33分壓送入⑦腳檢測腳。當(dāng)PFC電路未工作時(shí)，⑦腳電壓下降，U4將保護(hù)停止工作;PFC電路工作后，LLC振蕩電路形成的振蕩脈沖在C6上形成的電，壓將送入16腳，此電壓由U4內(nèi)比較器比較后從15腳送出誤差信號(hào)，再經(jīng)D12、C37、R46形成平滑電壓進(jìn)入⑦腳，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)LLC振蕩電路實(shí)施過壓保護(hù)控制。13、14腳內(nèi)接的也是檢測電路，對振蕩脈沖幅度進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)快或慢方式關(guān)斷方式控制。整個(gè)U4各腳功能及維修數(shù)據(jù)見表2。

U4輸出驅(qū)動(dòng)脈沖去U3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)脈沖整形，通過觸發(fā)器輸出驅(qū)動(dòng)上管Q2、下管Q3的開關(guān)信號(hào)。

U3是一個(gè)功率推動(dòng)IC，內(nèi)電路結(jié)構(gòu)見圖8。U3的工作程序是在電源送入瞬間，其內(nèi)M3管導(dǎo)通，此時(shí)Q3功率管導(dǎo)通，VCC1通過C31、C32、Q3形成充電回路，為高邊驅(qū)動(dòng)供電。當(dāng)開關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖在①腳送入高電平時(shí)，經(jīng)R-S觸發(fā)器送出低電平驅(qū)動(dòng)脈沖使U3內(nèi)接M1導(dǎo)通。M1管工作后，⑧腳供電通過M1給外接Q2柵極提供高電平驅(qū)動(dòng)電壓，此時(shí)Q2導(dǎo)通，PFC高壓接入變壓器T2原邊，T2與電容C6組成的LLC振蕩電路開始工作;同時(shí)，①腳送入低側(cè)驅(qū)動(dòng)低電平控制信號(hào)，經(jīng)反相器后送出高電平，此時(shí)④腳內(nèi)下管M4工作，對Q3柵極電荷進(jìn)行放電。反之，當(dāng)②腳為低電平，M2導(dǎo)通時(shí)，則Q2柵極電荷放電，同時(shí)M3導(dǎo)通，M1截止，形成諧振元件的放電回路。由于開關(guān)脈沖極性轉(zhuǎn)換期間頻率高，LLC諧振元件存儲(chǔ)的能量不能很快消失，故T2不是一個(gè)普通的變壓器，而是一個(gè)集成了激磁電感Lm和漏磁電感Ir的集成變壓器。
高端側(cè)自舉懸浮驅(qū)動(dòng)電壓形成電路:圖7中，⑥、⑧腳內(nèi)外電路組成了高端側(cè)自舉懸浮驅(qū)動(dòng)電壓形成電路。電路中D3、C32、C31分別為自舉電容和隔離二極管。當(dāng)⑦、⑧腳內(nèi)M1管導(dǎo)通時(shí)，自舉電容上的電壓作為M1管的工作電壓，⑥腳輸出驅(qū)動(dòng)幅度達(dá)vcc1的脈沖給Q2柵極，此時(shí)Q2導(dǎo)通，⑥腳有近PFC的電壓接入;與此同時(shí)，IC內(nèi)電路驅(qū)動(dòng)脈沖使M4導(dǎo)通，對Q3結(jié)電荷進(jìn)行放電。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間(td)之后，②腳送入脈沖使M3導(dǎo)通，④腳有近vCC電壓輸出使Q3導(dǎo)通工作，這時(shí)vCC1將通過D3、Q3對C32、C33進(jìn)行充電，由于⑥腳因?yàn)镃6、T2詣皆振反復(fù)充放電的原因，加之轉(zhuǎn)換頻率較高，故⑥腳有近200V的懸浮電壓，并通過自舉電容使⑧腳也抬高到200V左右。當(dāng)M1再次導(dǎo)通時(shí)，⑧腳電壓又為M1提供工作電壓，使M1能正常導(dǎo)通，這樣整個(gè)電路工作又重復(fù)先前的過程。顯然，⑥腳有接近PFC的電壓是因?yàn)殡娐返墓ぷ黝l率高，一直保持 在高電壓狀態(tài)所致， 故⑥腳對⑦、⑧腳而言是一個(gè)浮地。
4.LLC拓?fù)潆娐饭收蠙z修
(1)驅(qū)動(dòng)脈沖形成電路
首先，振蕩腳不要測量電壓，只需檢測、替換失效元件即可。因?yàn)闇y量電壓時(shí)表的接觸電阻會(huì)導(dǎo)致振蕩頻率改變，損壞MOSFET管。主電源不工作的判定方法:測量振蕩電路輸出高低側(cè)驅(qū)動(dòng)脈沖波形即可。驅(qū)動(dòng)脈沖就是方波信號(hào)，高低側(cè)驅(qū)動(dòng)波形極性剛好相反。NCP1395的10、11兩腳沒波形輸出，問題肯定在NCP1395，應(yīng)查①、②、③腳振蕩相關(guān)元件，⑦腳PFC電壓檢測電路，以及判定PFC電路是否工作。PFC電壓如果為300V ，表明PFC電路未工作，這時(shí)應(yīng)查PFC電路。
最后，查13、14腳快速關(guān)斷檢測電路中的元件。
(2)脈沖開關(guān)整流電電路
測高低側(cè)的驅(qū)動(dòng)脈沖輸出腳，如NCP5181的⑤⑦腳是否有開關(guān)脈沖波形。如果輸出腳沒波形，通常是NCP5181損壞。此IC損壞的同時(shí)還應(yīng)檢查開關(guān)管Q2、Q3是否已擊穿。